Proses goresan kering biasanya terdiri daripada empat keadaan asas: sebelum goresan, goresan separa, goresan sahaja, dan goresan berlebihan. Ciri-ciri utama ialah kadar etsa, selektiviti, dimensi kritikal, keseragaman, dan pengesanan titik akhir.
Rajah 1 Sebelum mengetsa
Rajah 2 Goresan separa
Rajah 3 Hanya goresan
Rajah 4 Lebihan goresan
(1) Kadar goresan: kedalaman atau ketebalan bahan terukir dikeluarkan setiap unit masa.
Rajah 5 Gambar rajah kadar goresan
(2) Selektif: nisbah kadar goresan bahan goresan yang berbeza.
Rajah 6 Diagram selektiviti
(3) Dimensi kritikal: saiz corak dalam kawasan tertentu selepas etsa selesai.
Rajah 7 Diagram dimensi kritikal
(4) Keseragaman: untuk mengukur keseragaman dimensi goresan kritikal (CD), secara amnya dicirikan oleh peta penuh CD, formulanya ialah: U=(Max-Min)/2*AVG.
Rajah 8 Diagram Skema Keseragaman
(5) Pengesanan titik akhir: Semasa proses etsa, perubahan keamatan cahaya sentiasa dikesan. Apabila keamatan cahaya tertentu meningkat atau menurun dengan ketara, goresan ditamatkan untuk menandakan selesainya lapisan goresan filem tertentu.
Rajah 9 Rajah skematik titik akhir
Dalam etsa kering, gas teruja dengan frekuensi tinggi (terutamanya 13.56 MHz atau 2.45 GHz). Pada tekanan 1 hingga 100 Pa, purata laluan bebasnya ialah beberapa milimeter hingga beberapa sentimeter. Terdapat tiga jenis utama etsa kering:
•Goresan kering fizikal: zarah dipercepatkan secara fizikal memakai permukaan wafer
•Goresan kering kimia: gas bertindak balas secara kimia dengan permukaan wafer
•Goresan kering fizikal kimia: proses goresan fizikal dengan ciri-ciri kimia
1. Goresan pancaran ion
Goresan rasuk ion (Ion Beam Etching) ialah proses pemprosesan kering fizikal yang menggunakan rasuk ion argon bertenaga tinggi dengan tenaga kira-kira 1 hingga 3 keV untuk menyinari permukaan bahan. Tenaga pancaran ion menyebabkan ia memberi kesan dan mengeluarkan bahan permukaan. Proses etsa adalah anisotropik dalam kes rasuk ion kejadian menegak atau serong. Walau bagaimanapun, disebabkan kekurangan selektiviti, tiada perbezaan yang jelas antara bahan pada tahap yang berbeza. Gas yang dihasilkan dan bahan terukir habis oleh pam vakum, tetapi oleh kerana hasil tindak balas bukan gas, zarah dimendapkan pada dinding wafer atau ruang.
Untuk mengelakkan pembentukan zarah, gas kedua boleh dimasukkan ke dalam ruang. Gas ini akan bertindak balas dengan ion argon dan menyebabkan proses goresan fizikal dan kimia. Sebahagian daripada gas akan bertindak balas dengan bahan permukaan, tetapi ia juga akan bertindak balas dengan zarah yang digilap untuk membentuk hasil sampingan gas. Hampir semua jenis bahan boleh terukir dengan kaedah ini. Oleh kerana sinaran menegak, haus pada dinding menegak adalah sangat kecil (anisotropi tinggi). Walau bagaimanapun, disebabkan selektiviti yang rendah dan kadar goresan yang perlahan, proses ini jarang digunakan dalam pembuatan semikonduktor semasa.
2. Goresan plasma
Goresan plasma ialah proses goresan kimia mutlak, juga dikenali sebagai goresan kering kimia. Kelebihannya ialah ia tidak menyebabkan kerosakan ion pada permukaan wafer. Memandangkan spesies aktif dalam gas etsa bebas bergerak dan proses etsa adalah isotropik, kaedah ini sesuai untuk mengeluarkan keseluruhan lapisan filem (contohnya, membersihkan bahagian belakang selepas pengoksidaan terma).
Reaktor hiliran ialah sejenis reaktor yang biasa digunakan untuk etsa plasma. Dalam reaktor ini, plasma dijana melalui pengionan hentaman dalam medan elektrik frekuensi tinggi 2.45GHz dan dipisahkan daripada wafer.
Di kawasan pelepasan gas, pelbagai zarah terhasil akibat hentaman dan pengujaan, termasuk radikal bebas. Radikal bebas ialah atom atau molekul neutral dengan elektron tak tepu, jadi ia sangat reaktif. Dalam proses etsa plasma, beberapa gas neutral, seperti tetrafluorometana (CF4), sering digunakan, yang dimasukkan ke dalam kawasan pelepasan gas untuk menjana spesies aktif melalui pengionan atau penguraian.
Sebagai contoh, dalam gas CF4, ia dimasukkan ke dalam kawasan pelepasan gas dan terurai kepada radikal fluorin (F) dan molekul karbon difluorida (CF2). Begitu juga, fluorin (F) boleh diuraikan daripada CF4 dengan menambahkan oksigen (O2).
2 CF4 + O2 —> 2 COF2 + 2 F2
Molekul fluorin boleh berpecah kepada dua atom fluorin bebas di bawah tenaga kawasan pelepasan gas, setiap satunya adalah radikal bebas fluorin. Oleh kerana setiap atom fluorin mempunyai tujuh elektron valens dan cenderung untuk mencapai konfigurasi elektronik gas lengai, mereka semua sangat reaktif. Sebagai tambahan kepada radikal bebas fluorin neutral, akan terdapat zarah bercas seperti CF+4, CF+3, CF+2, dan lain-lain di kawasan pelepasan gas. Selepas itu, semua zarah dan radikal bebas ini dimasukkan ke dalam ruang etsa melalui tiub seramik.
Zarah-zarah bercas boleh disekat oleh grating pengekstrakan atau digabungkan semula dalam proses membentuk molekul neutral untuk mengawal tingkah laku mereka dalam ruang etsa. Radikal bebas fluorin juga akan menjalani penggabungan semula separa, tetapi masih cukup aktif untuk memasuki ruang etsa, bertindak balas secara kimia pada permukaan wafer dan menyebabkan pelucutan bahan. Zarah neutral lain tidak mengambil bahagian dalam proses etsa dan dimakan bersama dengan produk tindak balas.
Contoh filem nipis yang boleh terukir dalam etsa plasma:
• Silikon: Si + 4F—> SiF4
• Silikon dioksida: SiO2 + 4F—> SiF4 + O2
• Silikon nitrida: Si3N4 + 12F—> 3SiF4 + 2N2
3. Etsa ion reaktif (RIE)
Goresan ion reaktif ialah proses goresan kimia-fizikal yang boleh mengawal selektiviti, profil goresan, kadar goresan, keseragaman dan kebolehulangan dengan sangat tepat. Ia boleh mencapai profil etsa isotropik dan anisotropik dan oleh itu merupakan salah satu proses terpenting untuk membina pelbagai filem nipis dalam pembuatan semikonduktor.
Semasa RIE, wafer diletakkan pada elektrod frekuensi tinggi (elektrod HF). Melalui pengionan hentaman, plasma dihasilkan di mana elektron bebas dan ion bercas positif wujud. Jika voltan positif dikenakan pada elektrod HF, elektron bebas terkumpul pada permukaan elektrod dan tidak boleh meninggalkan elektrod semula kerana pertalian elektronnya. Oleh itu, elektrod dicas kepada -1000V (voltan berat sebelah) supaya ion perlahan tidak dapat mengikuti medan elektrik yang berubah dengan pantas kepada elektrod bercas negatif.
Semasa etsa ion (RIE), jika laluan bebas purata ion adalah tinggi, ia mengenai permukaan wafer dalam arah yang hampir serenjang. Dengan cara ini, ion dipercepatkan mengetuk bahan dan membentuk tindak balas kimia melalui etsa fizikal. Oleh kerana dinding sisi sisi tidak terjejas, profil goresan kekal anisotropik dan haus permukaan adalah kecil. Walau bagaimanapun, selektiviti tidak begitu tinggi kerana proses goresan fizikal juga berlaku. Di samping itu, pecutan ion menyebabkan kerosakan pada permukaan wafer, yang memerlukan penyepuhlindapan haba untuk diperbaiki.
Bahagian kimia proses etsa dilengkapkan oleh radikal bebas yang bertindak balas dengan permukaan dan ion secara fizikal memukul bahan supaya ia tidak menyimpan semula pada wafer atau dinding ruang, mengelakkan fenomena penyusunan semula seperti etsa pancaran ion. Apabila meningkatkan tekanan gas dalam ruang etsa, laluan bebas purata ion berkurangan, yang meningkatkan bilangan perlanggaran antara ion dan molekul gas, dan ion bertaburan ke arah yang lebih berbeza. Ini mengakibatkan kurang goresan arah, menjadikan proses goresan lebih kimia.
Profil goresan anisotropik dicapai dengan memasifkan dinding sisi semasa goresan silikon. Oksigen dimasukkan ke dalam ruang etsa, di mana ia bertindak balas dengan silikon terukir untuk membentuk silikon dioksida, yang dimendapkan pada dinding sisi menegak. Disebabkan pengeboman ion, lapisan oksida pada kawasan mendatar dikeluarkan, membolehkan proses goresan sisi diteruskan. Kaedah ini boleh mengawal bentuk profil goresan dan kecuraman dinding sisi.
Kadar goresan dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti tekanan, kuasa penjana HF, gas proses, kadar aliran gas sebenar dan suhu wafer, dan julat variasinya dikekalkan di bawah 15%. Anisotropi meningkat dengan peningkatan kuasa HF, penurunan tekanan dan penurunan suhu. Keseragaman proses etsa ditentukan oleh gas, jarak elektrod dan bahan elektrod. Jika jarak elektrod terlalu kecil, plasma tidak boleh tersebar secara sama rata, mengakibatkan ketidakseragaman. Meningkatkan jarak elektrod mengurangkan kadar etsa kerana plasma diedarkan dalam jumlah yang lebih besar. Karbon adalah bahan elektrod pilihan kerana ia menghasilkan plasma tegang seragam supaya pinggir wafer dipengaruhi dengan cara yang sama seperti pusat wafer.
Gas proses memainkan peranan penting dalam selektiviti dan kadar etsa. Untuk sebatian silikon dan silikon, fluorin dan klorin digunakan terutamanya untuk mencapai etsa. Memilih gas yang sesuai, melaraskan aliran dan tekanan gas, dan mengawal parameter lain seperti suhu dan kuasa dalam proses boleh mencapai kadar goresan, selektiviti dan keseragaman yang dikehendaki. Pengoptimuman parameter ini biasanya diselaraskan untuk aplikasi dan bahan yang berbeza.
Proses etsa tidak terhad kepada satu gas, campuran gas, atau parameter proses tetap. Sebagai contoh, oksida asli pada polysilicon boleh dikeluarkan terlebih dahulu dengan kadar goresan yang tinggi dan selektiviti yang rendah, manakala polysilicon boleh terukir kemudian dengan selektiviti yang lebih tinggi berbanding dengan lapisan asas.
————————————————————————————————————————————————— ———————————
Semicera boleh sediakanbahagian grafit, terasa lembut/tegar, bahagian silikon karbida,Bahagian silikon karbida CVD,danBahagian bersalut SiC/TaC dengan dalam 30 hari.
Jika anda berminat dengan produk semikonduktor di atas,sila jangan teragak-agak untuk menghubungi kami pada kali pertama.
Tel: +86-13373889683
WhatsApp:+86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Masa siaran: Sep-12-2024